(57)【要約】【課題】  燃料電池の氷点下起動時において、起動時間の短縮化を図ることができる燃料電池システム、および、燃料電池の制御方法を提供する。【解決手段】  燃料電池システム（１００）は、固体高分子型の電解質膜（１１１）が電極によって挟持された燃料電池（１１）への反応ガスの供給圧力を制御する圧力制御手段（３０）と、燃料電池の温度と相関する情報を取得する取得手段（４１）と、を備え、圧力制御手段は、燃料電池の氷点下起動時において、取得手段によって取得される情報に基づいて、燃料電池の温度が所定値以下である場合に、燃料電池の温度が所定値以上である場合に比較して反応ガスの供給圧力を小さくする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体高分子型の電解質膜が電極によって挟持された燃料電池への反応ガスの供給圧力を制御する圧力制御手段と、
前記燃料電池の温度と相関する情報を取得する取得手段と、を備え、
前記圧力制御手段は、前記燃料電池の氷点下起動時において、前記取得手段によって取得される情報に基づいて、前記燃料電池の温度が所定値以下である場合に、前記燃料電池の温度が前記所定値以上である場合に比較して前記反応ガスの供給圧力を小さくすることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記圧力制御手段は、前記燃料電池の起動開始からの経過時間に応じて、前記反応ガスの供給圧力を上昇させることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記圧力制御手段は、前記取得手段によって取得される情報に基づいて、前記燃料電池の温度の上昇に伴って、前記反応ガスの圧力を段階的にまたは徐々に上昇させることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記取得手段が取得する情報は、前記燃料電池の発電電流および発電電圧であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記取得手段が取得する情報は、前記燃料電池内部を流動する冷媒の温度であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃料電池の冷媒流路の入口から冷媒を供給するとともに前記冷媒流路の出口から前記冷媒を回収して前記入口に循環させる冷媒循環手段を備え、
前記冷媒循環手段は、氷点下起動時に、前記冷媒の循環を禁止することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃料電池の発電継続を確認する確認手段を備え、
前記圧力制御手段は、前記確認手段によって前記燃料電池が発電継続であることが確認された場合に、前記反応ガスの圧力を上昇させることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記反応ガスは、酸化剤ガスであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項９】
固体高分子型の電解質膜が電極によって挟持された燃料電池への反応ガスの供給圧力を制御する圧力制御ステップと、
前記燃料電池の温度と相関する情報を取得する取得ステップと、を含み、
前記圧力制御ステップにおいて、前記燃料電池の氷点下起動時に、前記取得ステップにおいて取得される情報に基づいて、前記燃料電池の温度が所定値以下である場合に、前記燃料電池の温度が前記所定値以上である場合に比較して前記反応ガスの供給圧力を小さくすることを特徴とする燃料電池の制御方法。
【請求項１０】
前記圧力制御ステップにおいて、前記燃料電池の起動開始からの経過時間に応じて、前記反応ガスの供給圧力を上昇させることを特徴とする請求項９記載の燃料電池の制御方法。
【請求項１１】
前記圧力制御ステップにおいて、前記取得ステップにおいて取得される情報に基づいて、前記燃料電池の温度の上昇に伴って、前記反応ガスの圧力を段階的にまたは徐々に上昇させることを特徴とする請求項９記載の燃料電池の制御方法。
【請求項１２】
前記取得ステップにおいて取得する情報は、前記燃料電池の発電電流および発電電圧であることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の燃料電池の制御方法。
【請求項１３】
前記取得ステップにおいて取得する情報は、前記燃料電池内部を流動する冷媒の温度であることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の燃料電池の制御方法。
【請求項１４】
前記燃料電池の冷媒流路の入口から冷媒を供給するとともに前記冷媒流路の出口から前記冷媒を回収して前記入口に循環させる冷媒循環ステップを含み、
前記冷媒循環ステップにおいて、氷点下起動時に、前記冷媒の循環を禁止することを特徴とする請求項９〜１２のいずれかに記載の燃料電池の制御方法。
【請求項１５】
前記燃料電池の発電継続を確認する確認ステップを含み、
前記圧力制御ステップにおいて、前記確認ステップにおいて前記燃料電池が発電継続であることが確認された場合に、前記反応ガスの圧力を上昇させることを特徴とする請求項９〜１４のいずれかに記載の燃料電池の制御方法。
【請求項１６】
前記反応ガスは、酸化剤ガスであることを特徴とする請求項９〜１５のいずれかに記載の燃料電池の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システム、および、燃料電池の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、一般的には水素及び酸素を燃料として電気エネルギーを得る装置である。この燃料電池は、環境面において優れかつ高いエネルギー効率を実現できることから、今後のエネルギー供給システムとして広く開発が進められてきている。特に、固体高分子型燃料電池は、各種の燃料電池の中でも比較的低温で作動することから、良好な起動性を有する。そのため、多方面における実用化のために盛んに研究がなされている。
【０００３】
固体高分子型燃料電池は、プロトン伝導性を有する固体高分子型電解質からなる電解質膜の両側に、それぞれアノードおよびカソードが設けられた膜−電極接合体（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  Ａｓｓｅｍｂｌｙ）が、セパレータによって挟持された構造を有している。
【０００４】
この燃料電池を氷点下において始動させると、カソードで生成された水が凍結して、有効発電面積が減少することがある。そこで、氷点下起動時に、通常よりも反応ガスの流量および圧力を大きくして必要電流以上の電流を得る技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−８５５７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の技術では、生成水の氷結等に起因して有効発電面積が縮小して、起動時間がながくなってしまう。
【０００７】
本発明は、燃料電池の氷点下起動時において、起動時間の短縮化を図ることができる燃料電池システム、および、燃料電池の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る燃料電池システムは、固体高分子型の電解質膜が電極によって挟持された燃料電池への反応ガスの供給圧力を制御する圧力制御手段と、燃料電池の温度と相関する情報を取得する取得手段と、を備え、圧力制御手段は、燃料電池の氷点下起動時において、取得手段によって取得される情報に基づいて、燃料電池の温度が所定値以下である場合に、燃料電池の温度が所定値以上である場合に比較して反応ガスの供給圧力を小さくすることを特徴とするものである。本発明に係る燃料電池システムにおいては、発電継続性の低下を抑制しつつ燃料電池を暖機することができる。その結果、起動時間の短縮化を図ることができる。
【０００９】
圧力制御手段は、燃料電池の起動開始からの経過時間に応じて、反応ガスの供給圧力を上昇させてもよい。また、圧力制御手段は、取得手段によって取得される情報に基づいて、燃料電池の温度の上昇に伴って、反応ガスの圧力を段階的にまたは徐々に上昇させてもよい。取得手段が取得する情報は、燃料電池の発電電流および発電電圧であってもよい。取得手段が取得する情報は、燃料電池内部を流動する冷媒の温度であってもよい。
【００１０】
燃料電池の冷媒流路の入口から冷媒を供給するとともに冷媒流路の出口から冷媒を回収して入口に循環させる冷媒循環手段を備え、冷媒循環手段は、氷点下起動時に、冷媒の循環を禁止してもよい。この場合、冷媒へ移動する熱量を抑制することができる。それにより、起動時間の短縮化を図ることができる。
【００１１】
燃料電池の発電継続を確認する確認手段を備え、圧力制御手段は、確認手段によって燃料電池が発電継続であることが確認された場合に、反応ガスの圧力を上昇させてもよい。この場合、発電の継続性低下を抑制することができる。反応ガスは、酸化剤ガスであってもよい。
【００１２】
本発明に係る燃料電池の制御方法は、固体高分子型の電解質膜が電極によって挟持された燃料電池への反応ガスの供給圧力を制御する圧力制御ステップと、燃料電池の温度と相関する情報を取得する取得ステップと、を含み、圧力制御ステップにおいて、燃料電池の氷点下起動時に、取得ステップにおいて取得される情報に基づいて、燃料電池の温度が所定値以下である場合に、燃料電池の温度が所定値以上である場合に比較して反応ガスの供給圧力を小さくすることを特徴とするものである。本発明に係る燃料電池の制御方法においては、発電継続性の低下を抑制しつつ燃料電池を暖機することができる。その結果、起動時間の短縮化を図ることができる。
【００１３】
圧力制御ステップにおいて、燃料電池の起動開始からの経過時間に応じて、反応ガスの供給圧力を上昇させてもよい。圧力制御ステップにおいて、取得ステップにおいて取得される情報に基づいて、燃料電池の温度の上昇に伴って、反応ガスの圧力を段階的にまたは徐々に上昇させてもよい。取得ステップにおいて取得する情報は、燃料電池の発電電流および発電電圧であってもよい。取得ステップにおいて取得する情報は、燃料電池内部を流動する冷媒の温度であってもよい。
【００１４】
燃料電池の冷媒流路の入口から冷媒を供給するとともに冷媒流路の出口から冷媒を回収して入口に循環させる冷媒循環ステップを含み、冷媒循環ステップにおいて、氷点下起動時に、冷媒の循環を禁止してもよい。この場合、冷媒へ移動する熱量を抑制することができる。それにより、起動時間の短縮化を図ることができる。
【００１５】
燃料電池の発電継続を確認する確認ステップを含み、圧力制御ステップにおいて、確認ステップにおいて燃料電池が発電継続であることが確認された場合に、反応ガスの圧力を上昇させてもよい。この場合、発電の継続性低下を抑制することができる。反応ガスは、酸化剤ガスであってもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、燃料電池の氷点下起動時において起動時間の短縮化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本発明の第１実施例に係る燃料電池システム１００を説明するための図である。図１（ａ）は、燃料電池システム１００の全体構成を示す模式図である。図１（ｂ）は、後述する燃料電池１１の模式的断面図である。図１（ａ）に示すように、燃料電池システム１００は、燃料電池スタック１０、燃料ガス供給手段２０、酸化剤ガス供給手段３０、冷媒循環手段４０および制御手段５０等を備える。
【００１９】
燃料電池スタック１０は、複数の燃料電池１１が積層された構造を有する。図１（ｂ）に示すように、燃料電池１１は、膜−電極接合体１１０がセパレータ１２０およびセパレータ１３０によって挟持された構造を有する。膜−電極接合体１１０は、電解質膜１１１のセパレータ１２０側にアノード触媒層１１２およびガス拡散層１１３が順に接合され、電解質膜１１１のセパレータ１３０側にカソード触媒層１１４およびガス拡散層１１５が順に接合された構造を有する。電解質膜１１１は、プロトン伝導性を有するパーフルオロスルフォン酸型ポリマー等の固体高分子電解質からなる。
【００２０】
アノード触媒層１１２は、触媒を担持する導電性材料、プロトン伝導性電解質等から構成される。アノード触媒層１１２における触媒は、水素のプロトン化を促進するための触媒である。例えば、アノード触媒層１１２は、白金担持カーボン、パーフルオロスルフォン酸型ポリマー等を含む。ガス拡散層１１３は、カーボンペーパ、カーボンクロス等のガス透過性を有する導電性材料からなる。
【００２１】
カソード触媒層１１４は、触媒を担持する導電性材料、プロトン伝導性電解質等から構成される。カソード触媒層１１４は、プロトンと酸素との反応を促進するための触媒である。例えば、カソード触媒層１１４は、白金担持カーボン、パーフルオロスルフォン酸型ポリマー等を含む。ガス拡散層１１５は、カーボンペーパ、カーボンクロス等のガス透過性を有する導電性材料からなる。
【００２２】
セパレータ１２０，１３０は、ステンレス等の導電性材料から構成される。セパレータ１２０の膜−電極接合体１１０側の面には、燃料ガスが流動するための燃料ガス流路１２１が形成されている。また、セパレータ１２０の膜−電極接合体１１０と反対側の面には、冷媒が流動するための冷媒流路１２２が形成されている。セパレータ１３０の膜−電極接合体１１０側の面には、酸化剤ガスが流動するための酸化剤ガス流路１３１が形成されている。また、セパレータ１３０の膜−電極接合体１１０と反対側の面には、冷媒が流動するための冷媒流路１３２が形成されている。例えば、燃料ガス流路１２１、酸化剤ガス流路１３１および冷媒流路１２２，１３２は、セパレータの表面に形成された凹部からなる。
【００２３】
燃料ガス供給手段２０は、燃料電池スタック１０の燃料ガス入口を介して燃料ガス流路１２１に、水素を含有する燃料ガスを供給する装置である。燃料ガス供給手段２０は、例えば、水素ボンベ、改質器等からなる。酸化剤ガス供給手段３０は、燃料電池スタック１０の酸化剤ガス入口を介して酸化剤ガス流路１３１に、酸素を含有する酸化剤ガスを供給する装置である。酸化剤ガス供給手段３０は、エアポンプ等からなる。
【００２４】
冷媒循環手段４０は、燃料電池スタック１０の冷媒入口を介して冷媒流路１２２，１３２に冷媒を供給するとともに、燃料電池スタック１０の冷媒出口から冷媒を回収して上記冷媒入口に循環させる装置である。冷媒循環手段４０は、冷媒ポンプ等からなる。冷媒として、例えば、エチレングリコール等を用いることができる。また、燃料電池スタック１０の冷媒出口付近に、冷媒の温度を検出する温度センサ４１が設けられている。
【００２５】
制御手段５０は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）等から構成され、燃料電池システム１００の各部の制御を行う手段である。
【００２６】
（通常発電）
続いて、図１（ａ）および図１（ｂ）を参照しつつ、通常発電時の燃料電池システム１００の動作について説明する。まず、制御手段５０は、燃料ガス流路１２１に燃料ガスが供給されるように、燃料ガス供給手段２０を制御する。この燃料ガスは、ガス拡散層１１３を透過してアノード触媒層１１２に到達する。燃料ガスに含まれる水素は、アノード触媒層１１２の触媒を介してプロトンと電子とに解離する。プロトンは、電解質膜１１１を伝導してカソード触媒層１１４に到達する。
【００２７】
また、制御手段５０は、酸化剤ガス流路１３１に酸化剤ガスが供給されるように、酸化剤ガス供給手段３０を制御する。この酸化剤ガスは、ガス拡散層１１５を透過してカソード触媒層１１４に到達する。カソード触媒層１１４においては、触媒を介してプロトンと酸素とが反応する。それにより、電力が発生するとともに、水が生成される。生成された水は、酸化剤ガス流路１３１を通って排出される。
【００２８】
また、制御手段５０は、冷媒流路１２２，１３２に冷媒が供給されるように、冷媒循環手段４０を制御する。この冷媒の循環によって、燃料電池スタック１０の温度が所定の温度に調整される。燃料電池スタック１０の冷媒出口から排出される冷媒の温度は、燃料電池スタック１０の平均温度にほぼ等しくなる。したがって、温度センサ４１は、冷媒の温度を検出しつつ、燃料電池スタック１０の平均温度を検出している。
【００２９】
（氷点下起動）
ここで、氷点下の温度環境下における燃料電池スタック１０の起動について説明する。氷点下においては燃料電池スタック１０を暖機するための熱量が必要になる。そこで、燃料電池スタック１０の発熱量を増加させるために、発電電流密度を高くすることが考えられる。例えば、反応ガスの圧力を高くすることによって、発電電流密度を高くすることができる。
【００３０】
図２は、−３０℃の温度条件下において燃料電池スタック１０に発電させた場合の、経過時間と電流密度との関係を示す図である。図２において、横軸は起動開始後の経過時間を示し、縦軸は電流密度を示す。図２に示すように、酸化剤ガスの圧力を高くするにしたがって、得られる電流密度の最大値が大きくなる。しかしながら、酸化剤ガスの圧力が高くなると、発電の継続性が低下している。これは、発電に伴って生成された水分が凍結することによって、発電有効面積が低下しているからであると考えられる。この傾向は、温度が低いほど顕著にあらわれる。したがって、氷点下において温度が低い場合には、酸化剤ガスの圧力を低下させることによって発電の継続性が確保され、燃料電池スタック１０の暖機効率が向上する。
【００３１】
一方、氷点下であっても０℃に近くなると、酸化剤ガスの圧力を高くしても発電の継続性が低下しない場合がある。図３は、酸化剤ガスの加圧による発電継続性への影響を示す図である。図３（ａ）および図３（ｂ）は、氷点下において比較的温度が低い場合を示す。図３（ｃ）および図３（ｄ）は、氷点下において比較的温度が高い場合を示す。
【００３２】
図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、温度が低い場合には、酸化剤ガスを加圧することによって発電の継続性が低下する。これに比較して、図３（ｃ）および図３（ｄ）に示すように、比較的温度が高くなると、酸化剤ガスの加圧に伴って最大電流密度が高くなるが、発電の継続性は低下しない。したがって、図３（ｃ）および図３（ｄ）に示す温度域においては、酸化剤ガスを加圧することによって燃料電池スタック１０の暖機効率が向上する。
【００３３】
そこで、本実施例においては、制御手段５０は、氷点下起動時において燃料電池スタック１０の温度が所定値以下である場合に、燃料電池スタック１０の温度が上記所定値以上である場合に比較して酸化剤ガスの供給圧力が小さくなるように酸化剤ガス供給手段３０を制御する。また、制御手段５０は、燃料電池スタック１０の温度が所定以上になった場合に、酸化剤ガスの供給圧力が大きくなるように、酸化剤ガス供給手段３０を制御する。それにより、発電継続性を低下させずに燃料電池スタック１０を暖機することができる。その結果、起動時間の短縮化を図ることができる。
【００３４】
図４は、氷点下起動時における酸化剤ガス圧力の制御の一例について示す図である。図４において、横軸は燃料電池スタック１０の温度を示し、縦軸は酸化剤ガスの圧力を示す。制御手段５０は、氷点下起動時において、燃料電池スタック１０の温度の上昇に伴って、酸化剤ガスの圧力が段階的にまたは徐々に高くなるように酸化剤ガス供給手段３０を制御する。
【００３５】
酸化剤ガスの圧力と燃料電池スタック１０の温度との関係は、あらかじめ燃料電池スタック１０の発電継続性の観点から測定しておくことができる。この測定結果をマップとして記憶しておくことによって、制御手段５０は、酸化剤ガスの圧力を増加させる時期を取得することができる。
【００３６】
図５は、氷点下起動時のフローチャートの一例を示す図である。図５のフローチャートは、氷点下起動時において所定の周期で実行される。図５に示すように、制御手段５０は、温度センサ４１から燃料電池スタック１０の温度Ｔを取得するとともに、温度Ｔが０℃未満であるか否かを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１において温度Ｔが０℃未満であると判定されなかった場合、制御手段５０は、フローチャートの実行を終了する。
【００３７】
ステップＳ１において温度Ｔが０℃未満であると判定された場合、制御手段５０は、酸化剤ガスの圧力がＰ１になるように酸化剤ガス供給手段３０を制御する（ステップＳ２）。次に、制御手段５０は、温度センサ４１から燃料電池スタック１０の温度Ｔを取得するとともに、温度Ｔが温度Ｔ１以上になったか否かを判定する（ステップＳ３）。ここで、温度Ｔ１は、氷点下において所定の温度に設定される。
【００３８】
ステップＳ３において温度Ｔが温度Ｔ１以上になったと判定されなかった場合、制御手段５０は、ステップＳ３を再度実行する。ステップＳ３において温度Ｔが温度Ｔ１以上になったと判定された場合、制御手段５０は、酸化剤ガスの圧力がＰ１よりも高いＰ２になるように、酸化剤ガス供給手段３０を制御する（ステップＳ４）。
【００３９】
次に、制御手段５０は、温度センサ４１から燃料電池スタック１０の温度Ｔを取得するとともに、温度Ｔが温度Ｔ１よりも高い温度Ｔ２以上になったか否かを判定する（ステップＳ５）。ステップＳ５において温度Ｔが温度Ｔ２以上になったと判定されなかった場合、制御手段５０は、ステップＳ５を再度実行する。ステップＳ５において温度Ｔが温度Ｔ２以上になったと判定された場合、制御手段５０は、酸化剤ガスの圧力がＰ２よりも高いＰ３になるように、酸化剤ガス供給手段３０を制御する（ステップＳ６）。その後、制御手段５０は、フローチャートの実行を終了する。
【００４０】
図５のフローチャートによれば、燃料電池スタック１０の温度上昇に伴って酸化剤ガスの圧力を上昇させることができる。それにより、発電継続性を低下させずに燃料電池スタック１０を暖機することができる。その結果、起動時間の短縮化を図ることができる。なお、燃料電池スタック１０の温度は、発電の継続によって上昇する。発電に伴って熱が発生するからである。したがって、図５のフローチャートによれば、燃料電池スタック１０の発電の継続を確認しつつ酸化剤ガスの圧力を上昇させることができる。なお、酸化剤ガスを上昇させる回数に応じて、図５のフローチャートを変更してもよい。
【００４１】
なお、本実施例においては、酸化剤ガス供給手段３０が圧力制御手段に相当し、温度センサ４１が取得手段および確認手段に相当する。
【００４２】
（変形例）
なお、上記実施例においては温度センサ４１の温度結果に基づいて酸化剤ガスの圧力を上昇させているが、それに限られない。例えば、燃料電池スタック１０の起動開始後の経過時間に基づいて、酸化剤ガスの圧力を上昇させてもよい。図６に、酸化剤ガスの圧力を所定値に制御した場合における、燃料電池スタック１０の起動開始後の経過時間と燃料電池スタック１０の温度との関係を示す。図６において、横軸は起動開始後の経過時間を示し、縦軸は燃料電池スタック１０の温度を示す。
【００４３】
図６に示すように、起動開始後に時間が経過するにしたがって、燃料電池スタック１０の温度は上昇する。起動開始後の経過時間と燃料電池スタック１０の温度との関係は、あらかじめ測定しておくことができる。この測定結果をマップとして記憶しておくことによって、制御手段５０は、酸化剤ガスの圧力を増加させる時期を取得することができる。
【００４４】
図７は、氷点下起動時のフローチャートの一例を示す図である。図７のフローチャートは、氷点下起動時において所定の周期で実行される。図７に示すように、制御手段５０は、温度センサ４１から燃料電池スタック１０の温度Ｔを取得するとともに、温度Ｔが０℃未満であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１において温度Ｔが０℃未満であると判定されなかった場合、制御手段５０は、フローチャートの実行を終了する。
【００４５】
ステップＳ１１において温度Ｔが０℃未満であると判定された場合、制御手段５０は、酸化剤ガスの圧力がＰ１になるように酸化剤ガス供給手段３０を制御する（ステップＳ１２）。次に、制御手段５０は、所定の時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１３）。ここで、温度Ｔ１は、氷点下において所定の温度に設定される。
【００４６】
ステップＳ１３において所定の時間が経過したと判定されなかった場合、制御手段５０は、ステップＳ１３を再度実行する。ステップＳ１３において所定の時間が経過したと判定された場合、制御手段５０は、酸化剤ガスの圧力がＰ１よりも高いＰ２になるように、酸化剤ガス供給手段３０を制御する（ステップＳ１４）。
【００４７】
次に、制御手段５０は、さらに所定の時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５において所定の時間が経過したと判定されなかった場合、制御手段５０は、ステップＳ１５を再度実行する。ステップＳ１５において所定の時間が経過したと判定された場合、制御手段５０は、酸化剤ガスの圧力がＰ２よりも高いＰ３になるように、酸化剤ガス供給手段３０を制御する（ステップＳ１６）。その後、制御手段５０は、フローチャートの実行を終了する。
【００４８】
図７のフローチャートによれば、燃料電池スタック１０の温度上昇に伴って酸化剤ガスの圧力を上昇させることができる。それにより、発電継続性を低下させずに燃料電池スタック１０を暖機することができる。その結果、起動時間の短縮化を図ることができる。また、温度センサを用いる必要がないので、センサ異常等の影響を回避することができる。なお、酸化剤ガスを上昇させる回数に応じて、図７のフローチャートを変更してもよい。
【実施例２】
【００４９】
続いて、本発明の第２実施例に係る燃料電池システム１００ａについて説明する。図８は、燃料電池システム１００ａの全体構成を示す模式図である。図８に示すように、燃料電池システム１００ａが図１の燃料電池システム１００と異なる点は、電流検出手段１２および電圧検出手段１３がさらに設けられている点である。電流検出手段１２は、燃料電池スタック１０の発電電流を検出するセンサである。電圧検出手段１３は、燃料電池スタック１０の発電電圧を検出するセンサである。電流検出手段１２は、燃料電池スタック１０の発電電流を検出し、その検出結果を制御手段５０に与える。電圧検出手段１３は、燃料電池スタック１０の発電電圧を検出し、その検出結果を制御手段５０に与える。
【００５０】
本実施例においては、制御手段５０は、電流検出手段１２および電圧検出手段１３の検出結果に基づいて、燃料電池スタック１０の温度を検出する。例えば、燃料電池スタック１０の発電電流から発電反応量を求めることができる。この反応量と発電電圧とから、燃料電池スタック１０の発熱量を求めることができる。さらに、この発熱量と燃料電池スタック１０および冷媒の熱容量とから、燃料電池スタック１０の温度を求めることができる。したがって、冷媒循環手段４０によって冷媒を循環させなくても、燃料電池スタック１０の温度を求めることができる。
【００５１】
そこで、本実施例においては、氷点下起動時においては、冷媒循環手段４０による冷媒循環を禁止する。この場合、冷媒への熱移動を抑制することができる。それにより、燃料電池スタック１０の起動時間の短縮化を図ることができる。
【００５２】
図９は、所定の発熱量が得られるまでの経過時間を示す図である。図９（ａ）は、冷媒を循環させつつ燃料電池スタック１０を起動する場合を示す。図９（ｂ）は、冷媒の循環を禁止して燃料電池スタック１０を起動する場合を示す。図９（ａ）および図９（ｂ）において、横軸は起動開始後の経過時間を示し、縦軸は燃料電池スタック１０を１０℃上昇させるための総発熱量を示す。
【００５３】
図９（ａ）に示すように、起動開始温度が低くなるほど、所定の発熱量が得られるまでの時間が長くなる。起動開始温度が低いほど、生成水の凍結等に起因して高い発電性能が得られないからである。一方、図９（ｂ）に示すように、冷媒の循環を禁止する場合には冷媒への熱供給が少なくなることから、燃料電池スタック１０を１０℃上昇させるための総発熱量が少なくなる。それにより、燃料電池スタック１０を１０℃上昇させるために必要な時間が短くなる。その結果、燃料電池スタック１０の起動時間の短縮化を図ることができる。
【００５４】
なお、本実施例においては、電流検出手段１２および電圧検出手段１３が取得手段および確認手段に相当する。
【００５５】
なお、上記各実施例においては、酸化剤ガスの圧力を制御することによって発電電流を制御したが、それに限られない。燃料ガスの圧力または酸化剤ガスおよび燃料ガスの圧力の両方を制御することによって、発電電流を制御してもよい。また、燃料電池スタック１０の温度を取得する手段は、上記各実施例に限られない。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の第１実施例に係る燃料電池システムを説明するための図である。
【図２】−３０℃の温度条件下において燃料電池スタックに発電させた場合の、経過時間と電流密度との関係を示す図である。
【図３】酸化剤ガスの加圧による発電継続性への影響を示す図である。
【図４】氷点下起動時における酸化剤ガス圧力の制御の一例について示す図である。
【図５】氷点下起動時のフローチャートの一例を示す図である。
【図６】燃料電池スタックの起動開始後の経過時間と燃料電池スタックの温度との関係を示す図である。
【図７】氷点下起動時のフローチャートの一例を示す図である。
【図８】第２実施例に係る燃料電池システムの全体構成を示す模式図である。
【図９】所定の発熱量が得られるまでの経過時間を示す図である。
【符号の説明】
【００５７】
１０  燃料電池スタック
１１  燃料電池
１２  電流検出手段
１３  電圧検出手段
２０  燃料ガス供給手段
３０  酸化剤ガス供給手段
４０  冷媒循環手段
４１  温度センサ
５０  制御手段
１００  燃料電池システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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